（毕业设计论文）《机车定位系统的研究》

《（毕业设计论文）《机车定位系统的研究》》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（毕业设计论文）《机车定位系统的研究》（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、精品摘摘 要要机车定位系统问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。各种机车定位系统已被 广泛应用于工业和生活中设备，随着机车定位技术的不断发展，采用机车定位系统 来提高工业生产及交通工具等的安全可靠行和精确的控制等方面，具有重大意义。 工业生产过程中，发生事故是难免的，在生产线自动控制系统设计中要注重各种安 全保护功能的实现。在列车、飞机等，有高速，载客量大等特点，其事故的危害性 更大。因此，在这类机车定位控制系统中，实现精确的实时动态定位是十分必要的。本毕业课程设计阐述了现在比较流行的机车实时动态定位系统的意义，介绍了 基于无线列调及 GIS 技术、ZigBee 技术和 GPS 技术的实时动态定

2、位系统的特性和要 求，并根据要求对基于这些技术的一些案例进行分析，并通过分析阐述了系统的工 作原理。通过对这些现在常用的机车定位系统的剖析，论证了机车定位系统有很大 的实际使用价值。关键词：关键词：机车定位 无线列调 GIS ZigBee GPS精品目 录摘摘 要要 I I第第 1 1 章章 无线列调及无线列调及 GISGIS 技术的机车实时动态跟踪系统技术的机车实时动态跟踪系统1 1 1.1 基于无线列调技术的 机车实时动态跟踪系统.1 1.1.1 无线列调技术简介1 1.1.2 无线列调系统的功能和制式1 1.1.3 铁路的无线列调系统2 1.2 基于 G IS 技术的列车运行定位系统 .

3、3 1.2.1 GIS 技术简介.3 1.2.2 列车定位系统3 1.2.3 列车运行定位系统的组成4第第 2 2 章章 基于基于 ZIGBEEZIGBEE 无线传感网络的机车定位系统无线传感网络的机车定位系统 7 72.1 ZIGBEE无线技术简介 .7 2.1.1 ZigBee 无线技术的概念7 2.1.2 Zigbee 的技术特点7 2.1.3 ZIGBEE 的自组织网 .8 2.1.4 标准制定 .8 2.2 基于 ZIGBEE技术的无线消防报警定位系统 8 2.2.1 无线火灾报警系统.8 2.2.2 无线消防报普定位系统总体设计8第第 3 3 章章 基于基于 GPSGPS 定位系统

4、的机车定位系统定位系统的机车定位系统 12123.1 GPS 原理概述 12 3.1.1 GPS 技术简介12 3.1.2 GPS 的信号 14 3.1.3 导航信息14 3.1.4 GPS 的误差.15 3.1.5 GPS 定位的基本原理15 3.1.6 观测值16 3.1.7 定位模式.17 3.1.8 运动状态.17 3.1.9 在汽车跟踪中的应用17 3.1.10 GPS 汽车跟踪器.17 3.1.11 GPS 定位平台18 3.1.12 使用注意事项 .18精品3.1.13 影响因素 .19 3.2 GPS 技术在机车头灯自动寻迹中的应用 19 3.2.1 机车头灯自动寻迹的可行性分

5、析.19 3.2.2 系统整体解决方案.20 3.2.3 机车头灯自动寻迹系统的工作原理.20 3.2.4 机车头灯自动寻迹系统的软件构成.21致致 谢谢 2424参考文献参考文献 2525精品第第1 1章章 无线列调及无线列调及GISGIS技术的机车实时动态跟踪系统技术的机车实时动态跟踪系统1 1. .1 1 基基于于无无线线列列调调技技术术的的 机车实时动态跟踪系统机车实时动态跟踪系统1.1.11.1.1 无线列调技术简介无线列调技术简介列车无线调度电话（简称无线列调）是重要的铁路行车通信设备，号称列车 行车“三大件”之一，在保证列车正点运行、降低机车能耗、提高通过能力、通 告险情、防止事

6、故、救援抢险等各方面都具有重要的作用。无线列调系统负责列 车的位置和运行方向，其工作成员包括行车调度员、车站值班员、助理值班员、 机车司机、运转车长等。 机车司机和运转车长（一般是客运）均处于运行的列车上，共同负责列车的 运行。在每个车站，有一名车站值班员和若干名助理值班员，负责本车站管辖范 围内的列车运行。助理值班员一般工作在室外，而车站值班员在车站室内操作指 挥。行车调度员位于调度所，一般一个调度所管理多个车站，因而行车调度员的 管辖范围大于车站值班员的管辖范围。 1 1. .1 1. .2 2 无无线线列列调调系系统统的的功功能能和和制制式式无线列调系统的主要问题是解决 “大三角”和“小

7、三角”通信。 “大三角” 通信是指行车调度员、车站值班员和机车司机之间的通信；“小三角”通信是 指车站值班员、机车司机和运转车长之间的通信。归纳起来有一下主要功能： 1、行车调度员按车次号个别呼叫司机并通话； 2、行车调度员能够对该调度区段内的所有机车进行全呼、通话，以及发出通 告； 3、行车调度员可呼叫某个车站的车站值班员和该车站管辖范围内的所有司机， 紧急情况下，行车调度员可优先与司机通话； 4、司机可呼叫当前所在调度区段的行车调度员； 5、紧急情况下，司机可向行车调度员发出紧急呼叫并通话； 6、司机呼叫行车调度员时，调度所设备能够存储机车呼入； 7、司机与临近机车司机之间可组呼通信； 8

8、、相邻车站值班员之间可进行通话； 9、车站值班员、助理值班员、司机、运转车长之间可以通话； 10、调度总机、车载台和机车台具有录音功能或录音接口； 11、行车调度员向司机发送调度指令并在机车台显示，司机向行车调度员发 送报告并在调度台显示，非话音信息由调度所设备和机车设备分别打印记录； 12、调度所设备、车站台和机车台之间具备双向数据传输功能，可以传送实精品时数据、短数据或报文数据； 13、调度所设备应具有人工转接铁路电话交换网的功能。 根据组网方式及设备功能的不同，铁路现有列车无线调度通信系统采用 A、B、C 三种制式完成上述功能。三种制式均采用有线、无线相结合的组网方式， 车站台和机车台、

9、便携台之间的通信采用无线方式；调度台至车站台之间采用有 线方式（数字电路或四线制音频话路）。 A 制式的通信方式是：调度员、车站值班员与司机之间采用双工通信方式； 车站值班员、助理值班员、司机、运转车长之间采用半双工或单工通信方式；移 动用户之间采用异频单工通话时，由车站台、区间中继设备转信。 B 制式的通信方式分 B1 和 B2 两种。B1 制式：调度员与司机之间采用双工通 讯方式；车站值班员、助理值班员、司机、运转车长之间采用双工、半双工、单 工方式；移动用户之间采用异频单工通话时，由车站台、区间中继设备转信。 B2 制式：调度员、车站值班员与司机之间采用半双工通信方式；车站值班员、助 理

10、值班员、司机、运转车长之间采用单工通信方式；移动用户之间采用异频单工 通话时，有车站台转信。 C 制式通信方式：调度员、车站值班员、助理值班员、司机、运转车长之间的通 话采用单工方式。1.1.31.1.3 铁路的无线列调系统铁路的无线列调系统（1）调度总机： 调度总机是列车无线调度通信系统中的地面固定设备，设置在调度所，通过四 线制有线线路与车站台连接。 （2）车站电台：B 制式车站台是专门为铁路车站设计的通信设备。该设备采用了最新技术，操作 简便，具有很多的专用功能。 （3）便携式车站电台 ：便携式车站设备，主要用于与机车电台、车站电台及手持台进行通话。便携台 可通过内置电池供电（电池容量为

11、 12 安时），在无外接电源的情况下，可保证正常 工作 8 小时以上,电池电量不足时有声光提示；便携台可用专用的外接充电电源对内 置电池充电，电池充满后充电器有相应提示。此外，便携台还设有按键及指示灯， 便于测试和使用。 （4）通用机车台： 本电台是通用式无线列调机车电台，它兼容 B、C 制式机车台的所有工作模式。 安装在列车机车上，供司机使用。可用于机车与调度、车站、其它机车、车长之间 通信联系。利用 GPS 全球卫星定位系统，按机车的运行位置，适时控制机车电台的 通信方式的变更，使之改变到与地面通信设备一致的工作模式上，从而实现与地面 通信设备正常通信的目的。当机车在 GPS 的弱场区（如

12、山区或隧道内）运行时，不 能通过 GPS 定位来进行工作模式的切换，该电台可以通过人工选择通信模式，保证 机车可以与地面通信设备进行正常通信。精品1.21.2 基于基于 G G ISIS 技术的列车运行定位系统技术的列车运行定位系统1.2.11.2.1 GISGIS 技术简介技术简介地理信息系统（ GIS）技术是近些年迅速发展起来的一门空间信息分析技术， 在资源与环境应用领域中，它发挥着技术先导的作用。GIS 技术不仅可以有效 地管理具有空间属性的各种资源环境信息，对资源环境管理和实践模式进行快速 和重复的分析测试，便于制定决策、进行科学和政策的标准评价，而且可以有效 地对多时期的资源环境状况

13、及生产活动变化进行动态监测和分析比较，也可将数 据收集、空间分析和决策过程综合为一个共同的信息流，明显地提高工作效率和 经济效益，为解决资源环境问题及保障可持续发展提供技术支持。 随着我国铁路的不断发展和提速, 对运行列车进行实时定位和调度变得越来越 重要。为此开发了列车运行定位系统, 采用 GPS 定位和 GSM 等先进新技术, 提高了 数话兼容无线列调和定位的功能和可靠性, 使我国的无线列调的功能和作用加强, 在系统技术上登上了一个新的台阶。1.2.21.2.2 列车定位系统列车定位系统它是一种集全球卫星定位技术(GPS)、地理信息技术(GIS)和现代 GSM 通信技术 于一体的高科技系统

14、。它将列车的动态位置( 经度、纬度) 、时间、状态等信息, 实时地通过 GSM 传送至监控中心站, 而后在具有地理信息查询功能的电子地图上进 行移动目标的显示, 并可以对列车的位置、速度、运动方向、车辆状态等用户感兴 趣的参数进行监控和查询, 为调度管理提供了可视化依据。列车定位监控系统的结 构如图 1-1 所示列车通过配备的 GPS 接收机获取当前的位置、时间等信息, 并把列 车当前运行的状态信息通过 GSM 通信链路向监控中心站发送列车当前位置和状态信 息; 在监控中心站, 接收机接收各次列车或各子监控中心的信息, 有系统监控软件 对信息进行处理, 通过通信控制器送往电子地图, 显示监控区

15、域内各次列车的运行 轨迹。系统由监控软件实现状态监控, 并可利用 GSM 对各次列车进行调度指挥, 这 样就实现了对各次列车的定位监控管理。列车定位监 控系统的功能: ( 1 ) 列车车次、地点位置信息的实时数据传输; ( 2 ) 调度指令、机车报告信息的短数据传输;精品图 1-1 列车运行定位系统示意图 ( 3 ) 机车工况、运况信息的长数据传输;( 4 ) 调度选站呼、全呼机车, 并可向机车发通告; ( 5 ) 机车紧急呼叫调度并通话; ( 6 ) 监控中心可以对全局或全国范围内的所有运行列车进行监控和调度。1.2.31.2.3 列车运行定位系统的组成列车运行定位系统的组成（1）车载设备构

16、成： GPS 列车监控系统的车载设备包括定位装置、数据传输装置、显示、语音接口 等, 如图 1-2 , 其功能主要是传输列车车次、位置实时信息、列车状况、机车工况 等数据信息。在电子地图上显示本次列车的实际位置和相关参数, 到达下一车站时, 可提示司机与车站联系。图 1-2 车载设备组成 （2）列车定位技术实现： 列车定位装置采用 GPS 差分技术和 INU ( Ini- tial Navigating Unit ) 组合 的方法。GPS 差分技术的精度可以达到+10m, 由车载设备接收 GPS 卫星发来的信号 并解算出定位信息。INU ( 此处为角速度传感器、陀螺仪和车速传感器) 的信号能精品够保证定位的连续性, 使得 GPS 接受基因卫星跟踪不到或卫星数不够时系统仍能定 位。GPS 接收机和 INU 工作完全是自动切换, 利用 INU 进行航位推算以 GPS 的定位 数据作为起始位置。航位推算的基本原理如图 1-3 所示由于列车的运动可以看作是 在二维平面( X, Y) 上的运动, 如果已知列车的